磁石の向きを表面音波で制御、東北大が成功：角運動量の移動を利用

表面弾性波と磁性の融合による、デバイスの高度化に期待

　東北大学らの研究グループは2021年5月、表面音波（表面弾性波）が持つ角運動量を電子のスピンに移すことで、磁石の向きを制御することに成功したと発表した。

　コンピュータの磁気記憶媒体では、磁気の向きで2進数の情報を保持している。磁気抵抗メモリでは、磁気の向きを効率よく制御するために、電子のスピン方向をそろえた電流を注入する方法が用いられている。こうした中で研究グループは、磁気の向きを制御する新たな方法として、表面弾性波が持つ角運動量に注目した。

左は電子スピンによる磁石の向きの制御。右は表面音波による磁石の向きの制御 （クリックで拡大） 出典：東北大学

　実験に用いたのは、表面音波を発生する2つの「くし型電極」と、ニッケル（Ni）薄膜細線を圧電体基板上に作製したデバイスである。ニッケル薄膜の磁石は、上方向あるいは下方向に向いている時が安定した状態になる。

　実験ではまず、細線へ垂直に強い磁場を印加し、強制的に磁石を細線と垂直方向に向けた。次に、表面音波をニッケル薄膜に伝えながら磁場を弱めていくと、磁石の向きは表面音波の方向に依存して決まることが分かった。これは、表面音波の回転方向によって磁化が制御されていることを示したものだという。

実験に用いたデバイス 出典：東北大学

ニッケル細線における表面音波印加の効果 出典：東北大学

　今回の研究成果は、バンドパスフィルターとして利用されている表面弾性波と、記録素子などで用いられている磁性を融合させる技術であり、デバイスのさらなる高度化につながるとみている。

　今回の研究は、当時東京大学大学院総合文化研究科大学院生および東北大学特別研究生（現在は理化学研究所研究員）であった佐々木遼氏と、東北大学金属材料研究所の新居陽一助教（JSTさきがけ研究員兼務）、小野瀬佳文教授らが共同で行った。